[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Modifizierung von Substratoberflächen
mit durch HF/VHF-Niederdruckgasentladungen gebildetem Plasma. Die Modifizierung kann
beispielsweise ein Trockenätzen oder auch eine Beschichtung der Substratoberfläche
sein. Dabei können bevorzugt ebene Oberflächen von Substraten behandelt und bevorzugt
Schichten aus amorphem Silicium in reiner aber auch dotierter Form ausgebildet werden,
so dass Halbleiterschichtsysteme für einen Einsatz in der Photovoltaik erhalten werden
können.
[0002] Dabei wird in Vakuumkammern oder in evakuierten Bereichen von Kammern gearbeitet
und das Plasma unter Einsatz eines der jeweiligen Modifizierung angepassten Prozessgases
vorgenommen. Es werden Elektroden eingesetzt, die ebenfalls eine planare ebene Oberfläche
aufweisen, die dann parallel zur Substratoberfläche ausgerichtet ist. Die Flächendimensionierung
der Elektroden erfolgt dabei unter Beachtung der Breite bzw. der Gesamtfläche von
Substraten, so dass die gesamte zu modifizierende Oberfläche möglichst homogen dem
Plasmaeinfluss ausgesetzt werden kann.
[0003] Die Elektroden werden an einen HF/VHF-Generator angeschlossen und mit Frequenzen
oberhalb 1 kHz betrieben. Außerdem kann eine automatische HF-Impedanzanpassungseinheit
zwischen einer Elektrode und HF/VHF-Generator geschaltet sein. Ein solcher Aufbau
ist beispielsweise in
DE 102 01 992 beschrieben. Bei der daraus bekannten Vorrichtung können Substrate auch translatorisch
an einer Elektrode vorbeigeführt und im Durchlauf gearbeitet werden. Es können auch
mehrere solcher Aufbauten nacheinander angeordnet und so dann sukzessive unterschiedliche
Modifizierungen an einer Substratoberfläche durchgeführt und dabei ggf. mehrere Schichten
übereinander ausgebildet werden. Es liegt auf der Hand, dass der anlagentechnische
Aufwand hierfür sehr hoch ist, da immer ein Vakuum eingehalten werden muss und für
jede E-lektrodeneinheit die erforderlichen elektrischen Elemente und eine Prozessgaszu-
und eine solche -abführung vorhanden sein müssen.
[0004] Elektroden können aber auch nicht beliebig groß dimensioniert werden, um ein homogenes
Plasma über die gesamte zu modifizierende Substratoberfläche einhalten zu können.
Dies führt dazu, dass auch in Durchlaufanlagen die jeweilige möglich Größe der Substratoberfläche
begrenzt ist.
[0005] Aus ökonomischer Sicht ist es aber gewünscht möglichst große Substratoberflächen
in einem Durchgang modifizieren zu können und dabei aber auch die Kosten der erforderlichen
Anlagentechnik sowie deren Betriebskosten gering zu halten.
[0006] Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten zu schaffen, mit denen großflächige
Substrate mit geringen Kosten und geringem anlagentechnischen Aufwand modifiziert
werden können.
[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs
1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in
untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
[0008] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Oberflächenmodifizierung von Substraten,
die translatorisch im Durchlauf oder bei einer Drehbewegung bearbeitet werden können,
sind mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Elektroden vorhanden. Die zwei
oder mehr Elektroden sind dabei in Vorschubachsrichtung der Substrate nacheinander
angeordnet und jeweils mindestens zwei gemeinsam an einen HF/VHF-Generator angeschlossen.
Außerdem sind zwischen in Vorschubachsrichtung nacheinander angeordneten Elektroden
an ihren äußeren Rändern, also im Bereich der elektrischen Isolation entweder eine
Prozessgaszuführung oder Prozessgasabführung angeordnet, die bei mehreren Elektroden
alternierend angeordnet sein können. An der ersten und letzten Elektrode ist dann
am jeweils nach außen weisenden Rand ebenfalls eine Prozessgaszuführung oder Prozessgasabführung
vorhanden.
[0009] Die Elektroden haben ebenfalls eine zumindest in Richtung auf die zu modifizierenden
Substratoberflächen weisend eine ebene planare Oberfläche. Bei einer Rotation von
Substraten kann die Oberfläche der Elektroden auch entsprechend konkav gekrümmt sein.
[0010] Bevorzugt weisen die Elektroden eine rechteckige Form auf, so dass sie senkrecht
zur Vorschubachsrichtung länger sind und die Breite B dann kleiner als die Länge L
ist. Es sollte mindestens ein Verhältnis L : B von 1,5 : 1 eingehalten sein, was sich
besonders günstig auf die Ausbildung eines über die Fläche homogenen Plasmas günstig
auswirkt.
[0011] Wie bereits zum Ausdruck gebracht, kann der anlagentechnische Aufwand einmal durch
die Nutzung eines HF/VHF-Generators für mehrere Elektroden und zusätzlich durch andere
gemeinsam/zentral nutzbare Einrichtungen reduziert werden. So können mehrere oder
auch alle Prozessgaszuführungen an eine gemeinsame zentrale Prozessgasversorgung angeschlossen
sein. Dabei können auch unterschiedliche Prozessgase zu Verfügung stehen und die Zuführung
dann mit Ventilen zu den Prozessgaszuführungen eingestellt werden, so dass ein Wechsel
der Modifizierung der Substratoberfläche möglich ist. So kann beispielsweise erst
geätzt und in einem nachfolgenden Durchlauf eine Beschichtung durchgeführt werden.
[0012] Dies schließt aber nicht aus, dass jede einzelne Prozessgaszuführung und dabei dann
auch einzelne Austrittsöffnungen für Prozessgas, einzeln gesteuert oder geregelt werden
können. Auch dies kann dafür sorgen, dass ein konstanter Partialdruck an Prozessgas
über die gesamte Breite von zu modifizierenden Substratoberflächen beim Durchlaufen
eingehalten werden kann, was zu einer homogenen Ausbildung von Plasma beiträgt und
gleiche Verhältnisse bei der jeweiligen Modifizierung bewirken kann. Die Austrittsöffnungen
von Prozessgaszuführungen können unterschiedlich gestaltet und dimensioniert sein.
So können Loch- oder Schlitzdüsen vorhanden sein. Diese können eine Reihenanordnung
mit mindestens einer Reihe bilden. Es ist auch eine versetzte Anordnung in mehreren
Reihen möglich. In einigen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, eine Kombination
von Loch- und Schlitzdüsen zu wählen, die dann möglichst auch gesondert angesteuert
werden können sollten. Dabei können dann einzelne Düsen geöffnet, geschlossen oder
auch für den Durchlass unterschiedlicher Prozessgasvolumenströme entsprechend angesteuert
oder geregelt werden.
[0013] In analoger Form kann auch ein Anschluss aller Prozessgasabführungen an eine zentrale
Einheit vorgenommen sein, so dass lediglich ein, dann entsprechend dimensioniertes
Aggregat für den erforderlichen Unterdruck ausreichen kann.
[0014] Bei der Erfindung können aber auch mindestens zwei Elektroden gemeinsam an eine automatische
HF/VHF-Impedanzanpassungseinheit (Matchbox) angeschlossen sein.
Mit der Erfindung können Modifizierungen an großflächigen Substraten vorgenommen werden,
ohne den anlagentechnischen Aufwand und die Betriebskosten proportional zur Flächenvergrößerung
erhöhen zu müssen.
[0015] Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
Figur 1
[0016] In perspektivischer Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei Elektroden.
[0017] Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel sind lediglich zwei Elektroden 1 vorhanden,
wobei eine Aufskalierung mit weiteren Elektroden 1 ohne weiteres möglich ist. Dabei
sind die ebenen planaren Flächen der Elektroden 1 erkennbar. Sie sind umlaufend voneinander
elektrisch isoliert und von einer Abschirmung 5, 6 umschlossen. Rückseitig zu den
Elektroden ist eine gemeinsame HF/VHF-Impedanzanpassungseinheit 4 angeordnet, über
die die Elektroden 1 mit einem nicht dargestellten HF/VHF-Generator verbunden sind.
[0018] Die hier nicht dargestellten Substrate werden bei der Oberflächenmodifizierung translatorisch
bewegt, wobei die Vorschubachsrichtung mit dem Pfeil angegeben ist. So gelangt ein
Substrat zuerst in den Einflussbereich, des mit der hier links dargestellten Elektrode
1 gebildeten Plasmas, um dann bei der weiteren Bewegung in den Einflussbereich des
mit der rechts dargestellten Elektrode 1 gebildeten Plasmas zu gelangen.
[0019] Zwischen den beiden Elektroden 1 ist eine Prozessgaszuführung 2 angeordnet, mit der
Prozessgas für die Plasmabildung an beiden Elektroden 1 zuführbar ist.
[0020] Bei diesem Beispiel sind zwei Prozessgasabführungen 3 in Vorschubachsrichtung an
den beiden anderen Seiten der Elektroden 1 angeordnet. Prozessgaszuführung 2 und Prozessgasabführungen
3 sind so angeordnet, ausgebildet und ansteuerbar, dass eine homogene Plasmabildung
und homogene Verhältnisse über die gesamte zu modifizierende Oberfläche von Substraten
eingehalten werden können.
[0021] In ebenfalls nicht dargestellter Form können aber auch Prozessgaszuführungen 2 und
Prozessgasabführungen 3 in ihrer Anordnung vertauscht und dann zwei Zuführungen und
eine Abführung vorhanden sein.
[0022] Dies kann aber auch durch eine Steuerung erreicht werden, indem Zuleitungen mit Ventilen
so geöffnet und geschlossen werden können, dass entweder Prozessgas zugeführt oder
Prozessgas abgesaugt werden kann. Sie könne so umschaltbar betrieben werden.
1. Vorrichtung zur Modifizierung von Substaroberflächen mit durch HF/VHF-Niederdruckgasentladungen
gebildetem Plasma; bei der Substrate translatorisch oder rotatorisch innerhalb eines
evakuierten Bereichs einer Kammer bewegt und die zu modifizierende Oberfläche der
Substrate dem Einfluss eines Plasmas ausgesetzt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Elektroden (1), deren Oberfläche
in Richtung auf zu modifizierende Substratoberflächen weisen, in Vorschubachsrichtung
der bewegten Substrate nacheinender angeordnet sind; dabei
die Elektroden (1) gemeinsam an einen HF/VHF-Generator angeschlossen sind und
jeweils zwischen nacheinander angeordneten Elektroden (1) und am äußeren Rand einer
in Vorschubrichtung der Substrate ersten und letzten Elektrode (1) jeweils eine Prozessgaszuführung
(2) oder eine Prozessgasabführung (3) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Vorschubrichtung der Substrate Prozessgaszuführungen (2) und Prozessgasabführungen
alternierend angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (1) senkrecht zur Vorschubrichtung länger sind, als ihre Breite in Vorschubrichtung
ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaszuführungen (2) an eine gemeinsame zentrale Prozessgasversorgung angeschlossen
sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgaszuführungen (2) so ausgebildet sind, dass ein konstanter Partialdruck
an Prozessgas über die gesamte Breite der zu modifizierenden Substratoberfläche eingehalten
ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektroden (1) gemeinsam an eine automatische HF/VHF-Impedanzanpassungseinheit
(4) angeschlossen sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Prozessgaszuführungen (2) und Prozessgasabführungen (3) umschaltbar sind.